基于pc的数控发展的自适应控制系统

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1、 基于pc的数控发展的自适应控制系统1 发展背景 CNC一直担当着重要的技术角色在制造行业里,因为它早在1950年就发展到数控铣、车、磨、钻金属切削机床中都发展到了差不多各领域和各个行业。这些数控机床是非常有用的机器零件和复杂外形等产业航空航天、汽车、模具制造,和设备的制造者。很大的影响在于进步的计算机技术、数控技术经历了一些主要的演化。在早期,原始的计算机被雇佣的数控加工系统(当时他们的术语数控(NC)系统)。由于成本高、有限功能,它们只是用来一些有限的特殊应用。作为能量在微处理器,到了1970年,CNC系统已经被广泛的几乎所有的行业中使用的制造业。在过去的二十年里,个人计算机(PC)已经很

2、广泛应用于工业。由于生产能力显著增加,提高可靠性和降低成本的工业pc,近年来,基于pc的数控机床的控制系统成为数控系统的主要趋势控制系统的研制在传统的使用的电脑数控控制系统是专为目的的机床控制而已。有一个在缺乏行业标准机床控制系统。每个CNC控制系统它自己的软件和硬件结构因此,它仍然是一个黑色的盒子的外面的用户。因为他们是专用的,在使用中,传统的数控系统是在有需要时,与其灵活程度与其他系统接口相适应的。Open-architecture CNC控制系统现代智能终于可以吗？材料的加工。在线监测和实时反馈控制有必要拓展在很多应用上。计算机技术的进步,现在它不见了可能发展出基于pc的数控加工在系统是

3、具有open-architecture自然,强大的能力,然而买得起。这是理想,以发展出一种新的基于pc的数控机床的控制系统。该系统能与其他系统和集成执行智能材料加工控制。2目标 为满足工业方面的需要,我们研发一种新的项目基于pc的数控技术和一个原型系统命名为GiCNC。这个项目的目标是:1PCbased开发核心技术CNC系统。2探索新概念的整合数控机床的控制与自适应反馈控制,为智能材料加工。3openarchitecture开发一个原型基于pc的数控控制系统。3方法为满足项目的技术证明方法也已经向发展数控技术受聘。Open-architecture系统设计便于系统集成和定制。hierarchy

4、-layered模块化和软件结构提高了软件系统的鲁棒性,维护、可移植性和可重用性。探索新思维的数控技术结合自适应对数控机床运动反馈控制控制系统的智能材料加工。3.1开放体系结构的系统设计开放式体系结构的概念是多年来一直提倡的制造业理论。然而是多个角度看待这个流行词汇。我们相信它是基础的一个开放体系结构的系统需要遵守这些工业标准或在握行业标准。国际标准是国际标准化组织(ISO)第7011期目前标准,管辖数控编程用于数值格式和地址的话机器的控制。在发展数控机床的控制功能,我们的目标实现完全符合本国际标准。实施开放式体系结构系统,标准工业PC和通用运动控制和数据采集板使用。线性数字伺服电动机和标准化

5、驱动系统提高系统的动态性能,达到了要求高速和高精度示意智能材料的加工。一个现代软件开发工具,Visual C + +工作室,聘用。这开发的软件是针对执行在现代流行的通用操作系统:窗口新台币平台和它的新世代。3.2模块化和层次-分层的软件体系结构在软件开发,需要保持高度源代码的可重用性,可移植性和可维护性。遵守这些要求,面向对象编程(OOP)方法运用于我们的发展和结果中的软件是认定为高度模块化。按照其功能软件模块层级音乐的结构。CNC控制软件的可分为三个结构层:表层:人机界面、模拟输入、编辑、书法,等。中间层:编译器,机器中胶层:命令队列,运动规划师,执行、信号处理、运动反馈控制等。底层:运动控

6、制器,模拟/数字I / O等。在执行的程序,每个程序在不同的层模块相互作对方,并对其要求功能。3.3一体化的自适应的动机对数控系统的控制 目前最传统的数控系统在使用是专用的,在性质上并无有限的灵活性,以满足今天的使用要求,惠泽制造业。所有的数控控制器采用开环控制为止概念。在CNC控制系统、工具完全是由路径被预先离线CNC程序。当一个CNC控制器经营一家CNC程序,没有在反馈控制来调整刀具轨迹。尽管这是合适的,在大多数情况下,在一些工业应用中有一个所需要的刀具轨迹进行调整。例如,马克或坟墓上一个不知名的新人三维表面、刀具轨迹需要的东西不断调整,以符合表面。在某些焊接工艺,生产出来的路径的焊枪需要

7、调整work-pieces在线的可能在焊接过程中扭曲了。勘探的新概念CNC控制技术,闭环介绍了自适应运动控制。当机床控制技术保留来控制机床的路径运动、刀具路径可调整首先以预定义的方式网上反馈过程。应用激光聚焦标识在未知的三维曲面,发达的CNC系统是可以取出来的基于激光测距的反馈信息传感器和调整自己轴的运动。4成就4.1人机界面人类的行动总是参与重数控机床的日常工作中系统。一个良好的人机接口(HMI)显然是非常重要的到CNC控制器。GiCNC系统的提供了一种图形人机界面如图1所示。图1主要的图形人机界面GiCNC人机界面设计中,它已被必须强调,这个界面清晰的、愉快的、易读的视觉表现的,理性的、合

8、乎理和结构化的简单和方便的机器操作。在GiCNC图形的发展MFC控件,许多可重用的人机界面发展。他们很好的封装面向对象编程技术与内容组织, 都可以循环再用其他合适的软件开发的项目。GiCNC系统的运行不同的模式。这些模式可以选定的图形人机界面。对应于不同的工作模式,不同的屏幕将为人机界面显示。的简短描述这些工作模式给出了如下。在这种模式下,数控程序能够自动运行。这执行数控编程即可终止或暂停。现状的机器、工具的地位和执行命令显示在屏幕上。排练、仿真和3D-profile扫描函数也可以被执行模式。数控编程和参数文件加载在个人电脑的记忆在这种模式下才会被编辑。许多编辑可以检查,包括功能插入、删除、马

9、克、剪切,复制、粘贴,保存,等。此外,新特征教育在线和Handwriting-Input的发展。与教育在线特征,钥匙点的工具路径可以被输入通过移动身体的自动机轴。通过使用字迹-输入特征、中风的笔迹被输入到系统和自动CNC程序,可产生的目的的笔迹激光打标。在这种模式下,系统可以re-configured GiCNC适合不同的机器的硬件。这可重新安装到功能可以GiCNC适合许多数控应用,例如铣、激光打标,或其它任何应用程序应用需要CNC控制。4.2 CNC程序编译器数控程序编制是一个基本的和具有核心功能的控制系统。这数据输入到数控系统是通过CNC程序。一个数控程序不能执行直接由数控控制器。它可以在

10、被执行之前,CNC系统程序必须被转译成机器指令的序列,代表多详细和更简单机器控制指令。我们所说的翻译过程的编译。GiCNC编译器的控制器翻译数控编程进一排机器指令。这个队列的机器指令被储存到一个特殊的数据结构称为命令队列。图二显示流量聊天的编译器。图2数控编译器流量聊天检查格式是根据数控程序的模块国际标准ISO第7011期数控编程。根据对ISO6983,CNC程序应以砌块的套指令数控系统。例如,“N020X4.5 G01 Y2.1 F100”是一个区块之一数控编程。一个区块组成的数量的话,如:“N020”,“G01”、“X4.5”、“Y2.1”和“F100。”每一个单词都被一个特定的指令该控制

11、系统。检查错误,在背景下的数控编程。,对圆周运动,单词跟我,J、K和R不能出现在相同的命令街区。翻译这个区块的数控程序翻译成机器合成的命令和商店机器指令的数据机械结构命令队列。4.3机加工命令队列机器指令的数据结构排队队列(命令)扮演着一个短暂GiCNC的控制器是十分重要的。经过数控编程是译成一种排队,所有随之而来的命令方法将进行合成命令队列。实例组织结构的命令队列是给定图3。命令队列包含了所有信息和作为存储的CNC程序按规定方式。这命令队列是储存在计算机中记忆。CNC系统的执行期间程序,机器指令的拿起一张队列是命令一个执行和规定的顺序。如图3、指挥队列由一个队列的机器的命令,例如一条链。每台

12、机器先前指令指针识别在机器指令和明年队列。在机器的运动类型命令是指不同的命令类型,例如快速穿越(G00),线性的插值(G01、环形内插法)G02(G03),等等。对于不同的命令型,不同的指挥中心的数据被安装在机器的命令。 这三个指针的“头”、“尾巴”当前”是用来对其进行操作命令队列。“头”和“尾巴”指针可以用来添加或删除机器指令的在它的脑袋和尾队列中。“当前”指针即可用来搜索通过在排队两者都有上下方向。在这个职位“当前”规定的指针、作业象插入、复制、删除可执行出去了。通过移动“当前”指针沿着命令队列,机器命令可以拾起然后在指定执行或模拟秩序。以这种方式,CNC程序执行或模拟。4.4 CNC程序

13、执行当我们正在运行一个CNC程序,我们有效地运行的机器指令,指挥队列从队列的头终止于延伸至尾部的队列。这机器指令,走到一起的感觉相关数据,拿起了一个又一个从队列中。这台机器指令,然后加工和控制吗指令被发送到运动控制器和数字I / O板,因此控制的运动机轴和各种机械执行机构。在数控编程中,大部分的机器命令被控制的运动状态机轴的,比如。刀具路径。在这些指令的执行、精细的路径interpolations执行。数量点生成的插值基于指定的决定吗?刀具轨迹的准确性。自适应控制,在方便的数控程序的执行,实时数据从加工过程的反馈结合机器指令。确保最快的系统响应,加工和整合在每一个反馈数据进行罚款 插补点。多任

14、务和多线程编程技术很被重视在GiCNC控制器软件的使用发展中。GiCNC主要的线程控制器负责研究-接口。保证执行的时间,一个分开的一个高优先级的线程是奉献给任务的数控程序的执行。只有执行线程被创建当一个数控程序开始运行数控程序终止完成了。利用手段的活动,主要的线程GiCNC控制器通过与和控制跑步执行线程。在执行、数控编程即可停了下来,恢复和停在任何时候时间。4.5数控编程模拟这是非常重要的模拟执行前的数控编程实际运行。在数控加工仿真模块控制器是必要的,以帮助运营商预览和检查工具的地点和路径没有实际上的数控编程运行在数控机床。GiCNC仿真模块的设计研制出具有真实感较强,这是目前最广泛的采用标准

15、图形应用编程界面。真实感较强的促进创新,加快应用通过合并广泛发展。图4数控编程仿真在仿真、刀具轨迹随着图形化显示,各种各样数码显示器,包括现任执行命令,命令系列编号,X,Y,Z坐标和饲料利率。仿真速度在快速模式选择,缓慢的模式和真正的程序运行时间模式。刀具路径后的数控编程在屏幕上显示,景色刀具路径可以转移,放大在放大的很容易。更重要的是,不同的视角可以很容易的选定的。经营者可以拖动的轴用鼠标头旋转坐标。这一特点给出了操作者的感觉他或者她拖着一个真实的坐标框架,任何一个角度来视图刀具路径的数控编程。在此外,存在着迷你坐标框架在左下角落的窗户。而不是拖动轴头的主要坐标框架,有着同样的效果,运营商也

16、可以拖动作用轴头的这个小的坐标框架,以旋转的视图刀具路径。4.6三维激光标识系统有许多工业应用需要处理在未知的3D自由表面。一个三维激光标识系统对未知的自由表面是成立这样一个测试温床展示的开发工作,系统能够完成的笔迹输入,表面轮廓扫描和激光标自动。4.6.1激光打标系统设置图5试验台为GiCNC:三维激光标识系统在一个三维表面标记执行。通过控制的运动XYZ轴、激光器头部动作相对工件沿工具路径定义的数控编程。这激光器头部安装在z轴方向上的滑球,这样的激光头可以动摇所期望的位置来执行的在一个自由曲面标记。4.6.2剖面扫描 在激光打标应用、表面及之间的距离激光器头部必须保持不变。当三维自由表面是未

17、知的,它是pre-scan表面和必要前获得剖面激光打标完全可执行。基于激光测距先生,骑着z轴的滑球,进行非接触式扫描。这种配置具有以下优点:测量范围并不局限的深度的测量作为传感器传感器,可以移到任何合适的位置被z轴方向上的滑球。知道与z轴方向上的位置系统,传感器可以校准对不同物料的自动被测量。自动校正功能很重要的实践中去。激光传感器总是出不同的阅读资料不同的表面上,这取决于表面的颜色和其他条件,以及因此校准程序每一种表面所必需的剖面扫描。 在扫描过程中,数控编程运行控制运动的XY吗滑块表随身携带的工件。激光传感器测量表面剖面的工件。激光传感器测量也是GiCNC作为反馈控制器。与实际的测量结果,实时反馈调整激光的位置通过传感器进行z轴方向上的运动,这样就总是在测表面激光传感器的测量范围的。在一天结束的扫描过程,一项新的数控编程是产生的实际数控激光打标工艺,通过结合从最初的数控指令程序,信息的情况表面轮廓。5结论基于pc的数控机床的核心技术控制和PCbased已经开发出来CNC控制系统,GiCNC被prototyped。设计的新概念整合CNC控制系统对智能自适应反馈控制材料加工已经被开发了。通过原型的激光打标系统对未知的自由表面,它工业应用表明,新的吗可以为您创造CNC控制系统与自适应反馈的控制功能整合。- 9 -